Регуляция экспрессии оперона mntCAB у цианобактерии Synechocystis тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.12, кандидат биологических наук Молькова, Ирина Петровна

• Молькова, Ирина Петровна
• кандидат биологических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Молькова, Ирина Петровна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Строение цианобактериальной клетки.

1.2. Участие марганца в функционировании фотосистемы II.

1.3. IRT1- транспортный белок ионов металлов.

1.4. Транспорт ионов металлов в бактериальных клетках.

1.4.1. Механизмы транспорта ионов металлов.

1.4.2. Регуляция транспорта ионов металлов в бактериях.

1.5. Транспорт ионов Мп2+ в клетках цианобактерий.

1.5.1. ABC транспортер ионов Мп2+ в клетках Synechocystis.

1.5.2. Вторая транспортная система ионов Мп2+.

1.5.3. Кинетика транспорта марганца.

1.5.4. Мембранная топология MntB, трансмембранного белка ABC транспортера.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Идентификация компонентов регуляторной системы с помощью систематической геномики и ДНК-микроэррей.

3.2. Инактивация ManS.

3.3. Инактивация ManR.

3.4. Экспрессия генов в клетках мутантов при дефиците ионов Мп2+.

3.5. Связывание ManR с промоторной областью оперона mntCAB.

3.6. Рост мутантов на средах с различными концентрациями ионов Мп

3.7. Изменение внутриклеточного уровня ионов Мп2+ в мутантах в зависимости от концентрации марганца в среде культивирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регуляция экспрессии оперона mntCAB у цианобактерии Synechocystis»

Марганец (Мп) является кофактором для ряда ферментов, таких как Мп-зависимая супероксиддисмутаза (Borgstahl et al. 2000), Mn-зависимая катал аза (Barynin et al. 2001), пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксилаза (Frausto de Silva & Williams 1991; Larson & Pecoraro 1992) и другие. Цианобактерии, эукариотические водоросли и высшие растения осуществляют оксигенный фотосинтез, что является незаменимым источником кислорода для дыхания живых организмов на планете. Домен ФСП, находящийся в люмене, содержит четыре атома марганца, которые выполняют окислительно-восстановительные функции при окислении воды (Аллахвердиев и др. 1983; Yachandra et al. 1993). В каталитическом центре ФСП атомы марганца координированы внутри «кармана», образованного белками D1 и D2 (Zouni et al. 2001). Многие аминокислотные остатки D1 и D2, формирующие каталитический центр комплекса ФСП, являются лигандами для марганцевого ансамбля (Debus 1992). Таким образом, поступление марганца в клетку является необходимым для осуществления оксигенного фотосинтеза (Климов и др. 1983).

Цианобактерии - это прокариоты, оксигенный фотосинтез которых представляет собой удобную модель для изучения хлоропластов растений. В у . клетки цианобактерий ионы Мп поступают через переносчик АВС-типа (Bartsevich & Pakrasi 1995), который кодируется опероном mntCAB, включающим в себя mntA - ген, кодирующий АТФ-связывающую субъединицу; mntB - ген, кодирующий гидрофобную субъединицу и mntC - ген, кодирующий Мп2+-связывающую единицу (Bartsevich & Pakrasi 1995; 1999). У цианобактерий, живущих в морской воде или в другой среде с низким содержанием Мп2+, наблюдается активная экспрессия оперона mntCAB (Bartsevich & Pakrasi 1996). Однако, остаётся неизвестным, как цианобактериальные клетки определяют недостаток Мп2+ и каким образом происходит последовательная экспрессия оперона mntCAB.

У цианобактерий, которые осуществляют фотосинтез подобно клеткам растительного типа, распространены, так называемые, двухкомпонентные системы регуляции генов, состоящие из сенсорных гистидин-киназ, воспринимающих сигналы, и респонс-регуляторов, получающих сигналы от гистидин-киназ и способных связьшаться с регуляторными участками ДНК, регулируя экспрессию соответствующих генов или оперонов. Эти данные позволили нам предположить, что в регуляцию транспорта марганца в клетку может оказаться вовлечена одна из таких систем.

Целью данной работы являлось выяснение механизмов регуляции экспрессии оперона тШСАВ у цианобактерии БупескосуэШ ер. РСС 6803.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Определить элементы системы, регулирующей экспрессию оперона тШСАВ.

2. Получить мутанты ЗупесИосузШ, дефектные по регуляторным элементам этой системы.

3. Изучить влияние мутаций на экспрессию оперона тШСАВ и на транспорт ионов Мп2+ у цианобактерии ЗупескосуэШ Бр. РСС 6803.

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Молькова, Ирина Петровна

выводы

1. В состав системы, регулирующей экспрессию оперона тшСАВ, входят гистидин-кииаза Мап8, кодируемая геном з1г0640, и респонс-регулятор МапЯ, кодируемый геном з1г1837.

2. Мутанты ЗупесИосуэШ, АтапБ и АтапЯ, конститутивно экспрессируют л I оперон тшСАВ, кодирующий компоненты Мп транспортера. В клетках дикого типа экспрессия оперона тшСАВ происходит только при низких концентрациях Мп2+ в среде культивирования.

3. Постоянная экспрессия оперона тШСАВ в клетках мутантов АтапБ и АтапЯ приводит к увеличению у них внутриклеточной концентрации ионов Мп2+ по сравнению с клетками дикого типа. Увеличение концентрации ионов Мп2+ в среде культивирования влечёт за собой подавление роста культур, поскольку высокий уровень ионов Мп2+внутри клетки является токсичным. л.

4. Система Мап8/МапЯ специфична по отношению к ионам Мп . Удаление ионов 2п2+, Со2+ и Си2+ из среды культивирования или, наоборот, увеличение их концентрации в среде не влияет на экспрессию гена тшС.

5. Так как функция Мап8 и МапК в ЗупескосуяШ сводится к подавлению 4генной экспрессии при достаточной концентрации ионов Мп в среде, это позволяет считать её первым примером двухкомпонентной системы репрессорного типа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, мы идентифицировали двухкомпонентную систему регуляции оперона mntCAB, состоящую из гистидин-киназы ManS и респонс-регулятора ManR. Гипотетическая схема регуляции экспрессии оперона mntCAB в у,

Synechocystis представлена на Рис. 21. Когда концентрация ионов Мп в среде достаточная для клетки, например, 9 мкМ, стандартная концентрация в BG-11, л,

ManS связывается с ионами Мп и активируется (Рис. 21 А). Активация может включать в себя фосфорилирование остатка гистидина в гистидин-киназном домене, как это наблюдается при активации EnvZ в Е. coli (Roberts et al 1994). Сигнал активации переносится на ManR, активируя его. Ативированный ManR подавляет экспрессию оперона mntCAB.

При низкой концентрации ионов Мп2+ в среде ManS не может быть у, связанной с ионами Мп и остаётся неактивной (Рис. 21Б). Следовательно, не активируются и ManR, в результате чего происходит экспрессия оперона mntCAB и синтез Мп2+-транспортера. Таким образом, ионы Мп2+ импортируются внутрь клетки для поддержания их концентрации на нужном уровне.

В клетках AmanS не возникает сигнал активации ManR. У мутантов AmcmR ManR не может подавлять экспрессию оперона mntCAB при любой концентрации у I ионов Мп в среде. Таким образом, оперон mntCAB экспрессируется конститутивно. Эта схема позволяет нам объяснить влияние мутаций manS и manR (Рис. 11, 13) и дефицита ионов Мп2+ в среде (Рис. 15, 16) на экспрессию оперона mntCAB. Более того, экспрессия оперона mntCAB активируется только ионами Мп (Табл. 1). ManR связывается с промоторным участком оперона mntCAB в нефосфорилируемой форме (Рис. 17). Вероятно, и нефосфорилированный ManR может связываться с промотором, но подавляет транскрипцию он только в фосфорилированной форме.

Неясно, почему экспрессия оперона mntCAB в клетках Synechocystis

•у, подавляется при высоких концентрациях ионов Мп . Возможно, высокие концентрации ионов Мп в цитоплазме токсичны, о чём свидетельствуют результаты, представленные на Рис. 1В, 19, 20 и в Табл. 2. Клетки дикого типа Synechocystis способны регулировать транспорт ионов Мп . А в клетках мутантов

Атап8 и АтапЯ происходит конститутивная экспрессия Мп2+-транспортера, что приводит к возрастанию внутриклеточной концентрации ионов Мп2+ до токсического уровня. Таким образом, регуляторная система, включающая в себя

А ,

Мап8 и МапЯ, а также Мп -транспортер, поддерживает внутриклеточную у, концентрацию ионов Мп в пределах определённого уровня, который является достаточным для формирования фотосистемы П, но нетоксичен для клетки.

А) Высокая (Б) Низкая концентрация Мп2+ концентрация Мп2*

Мапв

ХЖШШ МапВ ГШШЖ 1 тМСАВ тпЮАВ

МпГС мтв

МгЛА

Репрессия Индукция оперона экспресии оперона

Рис. 21. Гипотетическая модель регуляции экспрессии оперона тШСАВ, кодирующего транспортер Мп2+. у I

А) - При нормальной концентрации ионов Мп в среде (около 9 мкМ) МапБ подаёт сигнал на МапК, активируя его таким образом. МапИ. связывается с промоторным участком оперона тШСАВ, кодирующего Мп2+-транспортер, и подавляет его экспрессию.

0 А

Б) - При низкой концентрации ионов Мп в среде МапБ не активируется. МапЯ, в свою очередь, не получает сигнал от МапБ и остаётся в неактивном состоянии, в котором он не может связаться с промотором оперона тШСАВ. Это приводит к экспрессии оперона тШСАВ и синтезу Мп2+-транспортера.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Молькова, Ирина Петровна, 2002 год

1. В.А. (1983) Определение числа атомов марганца, функционирующих в донорной части фотосистемы 2. Биофизика, 28, 5-8.

2. Климов В.В., Аллахвердиев С.И., Клеваник А.В., Шувалов В.А. и Красновский

3. В.А. (1983) Исследование роли марганца в первичных световых реакциях фотосистемы 2 растений, стр. 31-33. В кн. «Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии» (под ред. Пармон В.Н.) Изд-во ИК СО АН СССР, Новосибирск.

4. Agranoff D., Monahan I.M., Mangan J.A., Butcher P.D. and Krishna S. (1999) Mycobacterium tuberculosis expresses a novel pH-dependent divalent cation transporter belonging to the Nramp family. J. Exp. Med., 190, 717-724

5. Aguilar P.S., Hernandez-Arriaga A.M., Cybulski L.E., Erazo A.C. and de Mendoza

6. D. (2001) Molecular basis of thermosensing: a two-component signal transduction thermometer in Bacillus subtilis. EMBO J., 20, 1681-1691.

7. Allakhverdiev S.I., Setlikova E., Klimov V.V. and Setlik I. (1987) In photoinhibited photosystem П particles pheophytin photoreduction remains unimpaired. FEBS Letters, 226, 186-190.

8. Allakhverdiev S.I., Klimov V.V. and Demeter S. (1992) Thermoluminescence evidence for light-induced oxidation of tyrosine and histidine residues in manganese depleted photosystem II particles. FEBS Letters, 297, 51-54.

9. Archibald F.S. and Duong M.-N. (1984) Manganese acquisition by Lactobacillus plantarum. J. Bacterid, 158, 1-8.

10. Barry B.A., Boerner R.J and Paula J.C. (1994) The Use if Cyanobacteria in the Study of the Structure and Function of Photosystem II, p. 217-251. In Bryant D.A. (ed.), The molecular biology of Cyanobacteria. Kluwer Academic, Dordercht.

11. Bartsevich V.V. and Pakrasi H.B. (1995) Molecular identification of an ABC transporter complex for manganese: analysis of a cyanobacterial mutant strain impaired in the photosynthetic oxygen evolution process. EMBO J., 14, 18451853.

12. Bartsevich V.V. and Pakrasi H.B. (1996) Manganese transport in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. J. Biol. Chem., 271, 26057-26061.

13. Bartsevich V.V. and Pakrasi H.B. (1999) Membrane topology of MntB, the transmembrane protein component of an ABC transporter system for manganese in the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. J. Bacteriol., 181, 3591-3593.

14. Barynin V.V., Whittaker M.M., Antonyuk S.V., Lamzin V.S., Harrison P.M., Artymiuk P.J. and Whittaker J.W. (2001) Crystal structure of manganese catalase from Lactobacillusplantarum. Structure, 9, 725-738.

15. Beard S.J., Hashim R., Membrillo-Hernandez J., Hughes M.N. and Poole R.K.1997) Zinc (II) tolerance in Escherichia coli K-12: evidence that the zntA gene (0732) encodes a cation transport ATPase. Mol. Microbiol., 25, 883-891.

16. Borgstahl G.E.O., Pokross M., Chehab R., Sekher A. and Snell E.H. (2000) Cryo-trapping the six-coordinate, distorted-octahedral active site of manganese superoxide dismutase. J. Mol. Biol., 296, 951-959.

17. Bradford M.M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72, 248-254.

18. Brandl C.J., Green N.M., Korczak B. and MacLennan D.H. (1986) Two Ca2+ ATPase genes: homologies and mechanistic implications of deduced amino acid sequences. Cell, 44, 597-608.

19. Bhattacharryya P. (1970) Active transport of manganese in isolated membranes of Escherichia coli. J. Bacteriol., 104, 1307-1311.

20. Brown N.L., Barrett S.R., Camakaris J., Lee B.T. and Rouch D.A. (1995) Molecular genetics and transport analysis of the copper-resistance determinant (pco) from Escherichia coli plasmid pRJ1004. Mol. Microbiol., 17, 1153-1166.

21. Bsat N., Herbig A., Casillas-Martinez L., Setlow P. and Helmann J.D. (1998) Bacillus subtilis contains multiple Fur homologies: identification of the iron uptake (Fur) and peroxide regulon (PerR) repressors. Mol. Microbiol., 29, 189198.

22. Claros M.G. and von Hejne G. (1994) TopPred II: an improved software for membrane protein structure predictions. CABIOS, 10,685-686.

23. Clemens S., Antosiecwicz D.M., Ward J.M., Schachtman D.P. and Schroeder J.I.1998) The plant cDNA LCT1 mediates the uptake of calcium and cadmium in yeast. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 12043-12048.

24. Dalet K., Gouin E., Cenatiempo Y., Cossart P. and Hechard Y. (1999) Characterization of a new operon encoding a Zur-like protein and an associated ABC zinc permease in Listeria monocytogenes. FEMS Microbiol. Lett., 174, 111-116.

25. Debus R.J. (1992) The manganese and calcium ions of photosynthetic oxygen evolution. Biochim. Biophis. Acta, 1102, 269-352.

26. Doige C.A. and Ames G.F.-L. (1993) ATP-dependent transport systems in bacteria and humans: relevance to cystic fibrosis and multidrug resistance. Annu. Rev. Microbiol., 47, 291-319.

27. Eide D., Broderius M., Fett J. and Guerinot M.L. (1996) A novel iron-regulated metal transporter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 5624-5628.

28. Eisenstadt E., Fisher S., Der C.-L. and Silver S. (1973) Manganese transport in Bacillus subtilis W23 during growth and sporulation. J. Bacterid., 113, 13631372.

29. Engelman D.M., Steitz T.A. and Goldman A. (1986) Identifying nonpopular transbilayer helices in amino acid sequences of membrane proteins. Annu. Rev. Biophys. Chem., 15, 321-353.

30. Fabret C., Feher V.A. and Hoch J.A. (1999) Two-component signal transduction in Bacillus subtilis: how one organism sees its world. J. Bacterid., 181, 19751983.

31. Fath M.J. and Kolter R. (1993) ABC transporters: bacterial exporters. Microbiol. Rev., 57, 995-1017.

32. Fenno J.C., LeBIanc D.J. and Fives-Taylor P. (1989) Characterization of allelic replacement in Streptococcus parasanguis: transformation and homologous recombination in a "nontransformable" Streptococcus. Infect. Immun., 57, 3527-3533.

33. Fleming M.D., Trenor C.C., Su M.A., Foernzler D., Beier D.R., Dictrich W.F. and Andrews N.C. (1997) Mycrocytic anaemia mice have a mutation in Nramp2, a candidate iron transporter gene. Nat. Genet., 16, 383-386.

34. Frausto da Silva J.J.R. and Williams R.J.P. (1991) The Biological Chemistry of the Elements: The Inorganic Chemistry of Life. Oxford University Press, New York, U.S.A.

35. Frechon D. and Le Cam E. (1994) Fur (ferric uptake regulation) protein interaction with target DNA: comparison of gel retardation, footprinting and electron microscopy analyses. Biochem. Biophys. Res. Commun., 201, 346-355.

36. Froshauer S., Green G.N., McGovern D.B.K. and Beckwith J. (1988) Genetic analysis of the membrane insertion and topology of MalF, a cytoplasmic membrane protein of Escherichia coli. J. Mol. Biol., 200, 501-511.

37. Fulda S., Huang F., Nilsson F., Hademann M. and Norling B. (2000) Proteomics of Synechocystis sp. strain PCC 6803. Identification of periplasmic proteins in cell grown at low and high salt concentrarions. Eur. J. Biochemistry, 267, 59005907.

38. Gaballa A. and Helmann J.D. (1998) Identification of a zinc-specific metalloregulatory protein, Zur, controlling zinc transport operons in Bacillus subtilis. J. Bacterid., 180, 5815-5821.

39. Green L.S., Laudenbach D.E. and Grossman A.R. (1989) A region of a cyanobacterial genome required for suitable transport. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86, 19491953.

40. Guerinot M.L. (2000) The ZIP family of metal transporters. Biochim. Biophys. Acta, 1465, 190-198.

41. Gunshin H., Mackenzie B., Berger U.V., Gunshin Y., Romero M.F., Boron W.F., Nussberger S., Gollan J.L. and Hediger M.A. (1997) Cloning and characterization of a mammalian proton-coupled metal-ion transporter. Nature, 388, 482-488.

42. Hantke K. (1987) Selection procedure for deregulated iron transport mutants (fur) in Escherichia coli K-12: fur not only affects iron metabolism. Mol. Gen. Genet., 210, 135-139.

43. Hao Z., Chen S. and Wilson D.B. (1999) Cloning, expression and characterization of cadmium and manganese uptake genes from Lactobacillus plantarum. Appl. Environ. Microbiol., 65, 4746-4752.

44. Heller R.A., Schena M., Chai A., Shalon D., Bedilion T., Giimore J., Wooley D.E. and Davis R.W. (1997) Discovery and analysis of inflammatory disease-related genes using cDNA microarrays. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 2150-2155.

45. Hennessey E.S. and Broom-Smith J.K. (1993) Gene-fusion techniques for determining membrane-protein topology. Curr. Opin. Struct. Biol., 3, 524-531.

46. Higgins C.F. (1992) ABC transporters: from microorganisms to man. Annu. Rev. Cell. Biol., 8, 67-113.

47. Hoffman J.C. and Wright A. (1985) Fusions of secreted proteins to alkaline phosphatase: an approach for studying protein secretion. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 5107-5111.

48. Jakubovics N.S., Smith A.W. and Jenkinson H.F. (2000) Expression of the virulence-related Sea (Mn2+) permease in Streptococcus gordonii is regulated by a diphtheria toxin metallorepressor-like protein ScaR. Mol. Microbiol., 38, 140153.

49. Jasper P. and Silver S. (1978) Divalent cation transport systems of Rhodopseudomonas capsulata. J. Bacterid., 133, 1323-1328.

50. Jordan S.R. and Pabo C.O. (1988) Structure of the lambda complex at 2.5 A resolution: details of the repressor-operator interactions. Science, 242, 893-899.

51. Jung K., Veen M. and Altendorf K. (2000) K+ and ionic strength directly influence the autophosphorylation activity of the putative turgor sensor KdpD of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 275, 40142-40147.

52. Kaneko T., Sato S., Kotani H., Tanaka A., Asamizu E., Nakamura Y., Miyajima N., Hirosawa M., Sugiura M., Sasamoto S., Kimura T., Hosouchi T., Matsuno A., Muraki A., Nakazaki N., Naruo K., Okumura S., Shimpo S., Takeuchi

53. Kehres D.G., Zaharik M.L., Finlay B.B. and Maguire M.E. (2000) The NRAMP proteins of Salmonella typhimurium and Escherichia coli are selective manganese transporters involved in the response to reactive oxygen. Mol. Microbiol., 36, 1085-1100.

54. Kiseleva L.L., Serebriiskaya T.S., Horvath L, Vigh L., Lyukevich A.A. and Los

55. D.A. (2000) Expression of the gene for the A9 acyl-lipid desaturase in the thermophilic cyanobacterium. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 38, 471-477.

56. Kobayashi K., Ogura M., Yamaguchi H., Yoshida K., Ogasawara N., Tanaka T. and Fujita Y. (2001) Comprehensive DNA microarray analysis of Bacillus subtilis two-component regulatory systems. J. Bacterid, 183, 7365-7370.

57. Korshunova Y., Eide D., Clark W.G., Guerinot L.M. and Pakrasi H. (1999) The IRT1 protein from Arabidopsis thaliana is a metal transporter with a broad substrate range. Plant. Mol. Biol., 40, 37-44.

58. MacLennan D.H., Brandl C.J., Korcsak B. and Green N.M. (1985) Amino-acid sequence of a Ca2++Mg2+-dependent ATPase from rabbit muscle sarcoplasmic reticulum, deduced from its complementary DNA sequence. Nature, 316, 696700.

59. Makui H., Roig E., Cole S.T., Helmann J.D., Gros P. and Cellier F.M. (2000) Identification of the Escherichia coli K-12 Nramp orthologue (MntH) as a selective divalent metal ion transporter. Mol. Microbiol., 35, 1065-1078.

60. Mann N. and Carr N.G. (1974) Control of macromolecular composition and cell division in the blue-green alga Anacystis nudulans. J. Gen. Microbiol., 83, 399405.

61. Manoil C. and Beckwith J. (1985) TnPhoA: a transpason probe for protein export signals. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 8129-8133.

62. Martfnez-Hackert E. and Stock A.M. (1997) The DNA-binding domain of OmpR: crystal structures of a winged helix transcription factor. Structure, 15, 109-124.

63. Mizuno T., Kaneko T. and Tabata S. (1996) Compilation of all genes encoding bacterial two-component signal transducers in the genome of the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. DNA Res., 3, 407-414.

64. Mizuno T. (1997) Compilation of all genes encoding two-component phosphotransfer signal transducers in the genome of Escherichia coli. DNA Res., 4, 161-168.

65. Mizuno T. and Tanaka I. (1997) Structure of the DNA-binding domain of the OmpR family of response regulators. Mol. Microbiol., 24, 665-667.

66. Modun B. and Williams P. (1999) The staphylococcal transferring-binding protein is a cell wall glyceraldehydes-3-phosphate dehydrogenase. Infect. Immun., 67, 1086-1092.

67. Munson G.P., Lam D.L., Outten F.W. and O'Halloran T.V. (2000) Identification of a copper-responsive two-component system on the chromosome of Escherichia coli K-12. J. Bacteriol., 182, 5864-5871.

68. Nakajima K., Hamanoue M., Takemoto N., Kato K and Kohsaka S. (1994) Plasminogen binds specifically to alpha-enolase on rat neuronal plasma membrane. J. Neurochem., 63, 2048-2057.

69. Odermatt A.H., Suter H., Krapf R. and Solioz M. (1993) Primary structure of two P-type ATPases involved in copper homeostasis in Enterococcus hirae. J. Biol. Chem., 268, 12775-12779.

70. Omata T., Andriesse X. and Hirano A. (1993) Identification and characterization of a gene cluster involved in nitrate transport in the cyanobacterium Synechococcus sp. 7942. Mol. Gen. Genet., 236, 193-202.

71. Pancholi V. and Fischetti V.A. (1992) A major surface protein on group A streprococci is a glycoaldehyde-3-phosphate-dehydrogenase with multiple binding activity. J. Exp. Med., 176, 415-426.

72. Park M.H., Wong B.B. and Lusk J.E. (1976) Mutants in three genes affecting transport of magnesium in Escherichia colt genetics and physiology. J. Bacterid., 126, 1096-1103.

73. Patzer S.I. and Hantke K. (1998) The ZnuABC high-affinity zinc uptake system and its regulator Zur in Escherichia coli. Mol. Microbiol., 28, 1199-1210.

74. Patzer S.I. and Hantke K. (2001) Dual repression by Fe2+-Fur and Mn2+-MntR of the mntH gene, encoding an NRAMP-like Mn2+ transporter in Escherichia coli. J. Bacterid., 183, 4806-4813.

75. Pohl E., Holmes R.K. and Hoi W.G. J. (1999a) Crystal structure of the iron-dependent regulator (IdeR) from Mycobacterium tuberculosis shows both metal binding sites fully occupied. J. Mol. Biol., 285, 1145-1156.

76. Pohl E., Holmes R.K. and Hoi W.G. J. (1999b) Crystal structure of a cobalt-activated diphtheria toxin repressor-DNA complex reveals a metal-binding SH3-like domain. J. Mol. Biol., 292, 653-667.

77. Posey J.E., Hardham J.M., Norris S.J. and Gherardini F.C. (1999) Characterization of a manganese-dependent regulatory protein, TroR, from Treponema pallidum. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 10887-10892.

78. Que Q. and Helmann J.D. (2000) Manganese homeostasis in Bacillus subtillis is regulated by MntR, a Afunctional regulator related to the diptheria toxin repressor family of proteins. Mol. Microbiol., 35, 1454-1468.

79. Reusing C., Mitra B. and Rosen B.P. (1997) The zntA gene of Escherichia coli encodes a Zn(II)-translocating P-type ATPase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 14326-14331.

80. Rensing C., Sun Y., Mitra B. and Rosen B.P. (1998) Pb(H)-translocating P-type ATPases. J. Biol. Chem., 273, 32614-32617.

81. Roberts D. L., Bennett D. W. and Forst S. A. (1994) Identification of the site of phosphorylation on the osmosensor, EnvZ, of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 269, 8728-8733.

82. Rogers E.E., Eide D.J. and Guerinot M.L. (2000) Altered selectivity in an Arabidopsis metal transporter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 12356-12360.

83. Saier M.H. (1998) Molecular phylogeny as a basis for the classification of transport proteins from bacteria, archaica and cykaraya. Adv. Microb. Physiol., 40, 81136.

84. Sambrook J., Fritsch E.T., Maniatis T. (1989). Molecular cloning: a Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, N. Y.

85. Silver S., Johnseine P. and King K. (1970) Manganese active transport in Escherichia coli. J. Bacterid., 104, 1299-1306.

86. Silver S. and Phung L.T. (1996) Bacterial heavy metal resistance: new surprises. Annu. Rev. Microbiol., 50, 753-789.

87. Silver S. and Walderhaug M. (1992) Ion transport. Encyclopedia Microbiol., 2, 549560.

88. Snavely M.D., Florer J.B., Miller C.G. and Maguire M.E. (1989) Magnesium transport in Salmonella typhimurium. J. Bacteriol., 171, 4761-4766.

89. Solioz M. and Vulpe C. (1996) CPx-type ATPases: a class of P-type ATPases that pump heavy metals. Trends Biochem. Sci., 21, 237-241.

90. Stanier R.Y., Kunisawa R., Mandel M. and Cohen-Bazire G. (1971) Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Bacteriol. Rev. 35, 171-205.

91. Stainer G. (1988) Fine Structure of Cyanobacteria. Meth. Enzimol., 167, 157-172.

92. Suzuki I., Los D.A., Kanesaki Y., Mikami K. and Murata N. (2000) The pathway for perception and transduction of low-temperature signals in Synechocystis. EMBO J., 19, 1327-1334.

93. Suzuki I., Kanesaki Y., Mikami K., Kanehisa M. and Murata N. (2001) Cold-regulated genes under control of the cold sensor Hik33 in Synechocystis. Mol. Microbiol., 40, 235-244.

94. Tam R. and Saier M.H. (1993) Structural, functional and evolutionary relationships among extracellular solute-binding receptors of bacteria. Microbiol. Rev., 57, 320-346.

95. Traxler B., Boyd D. and Beckwith J. (1993) The topological analysis of integral cytoplasmic membrane proteins. J. Membr. Biol., 132, 1-11.

96. Tullius T.D. and Dombroski B.A. (1986) Hydroxyl radical "footprinting": highresolution information about DNA-protein contacts and application to lambda repressor and Cro protein. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 5469-5473.

97. Vescovi E.G., Soncini F.C. and Groisman E.A. (1996) Mg2+ as an extracellular signal: environmental regulation of Salmonella virulence. Cell, 84, 165-174.

98. Wada H. and Murata N. (1989) Sywchocystis PCC6803 mutants defective in desaturation of fatty acid. Plant Cell Physiol., 30, 971-978.

99. Walker J.E., Saraste M., Runswick M.J. and Gay N.J. (1982) Distantly related sequences in the alpha- and beta-subunits of ATP synthase, myosin, kinases and other ATP-requiring enzymes and a common nucleotide binding fold. EMBO J., 1, 945-951.

100. Weiss A.A., Silver S. and Kinscherf T.G. (1978) Cation transport alteration associated with plasmid determined resistance to cadmium in Staphylococcus aureus. Antimicrob. Agents. Chemother, 14, 856-865.

101. Williams J.G.K. (1988) Construction of specific mutations in photosystem II photosynthetie reaction center by genetic engineering methods in Synechocystis PCC 6803. Meth. Enzymol., 167, 766-778.

102. White A., Ding X., van der Spak J.C., Murphy J.R. and Ringe D. (1998) Structure of the metal-ion-activated diphtheria toxin repressor/to operator complex. Nature, 394, 502-506.

103. Witt H.T. (1996) Primary reactions of oxygenic photosynthesis. Ber. BunsenGes. Phys. Chem., 100, 1923-1942.

104. Wösten ML M., Kox L.F., Chamnongpol S., Soncini F.C. and Groisman E.A. (2000) A signal transduction system that responds to extracellular iron. Cell, 103, 113125.

105. Yachandra V.K,, DeRose V.J., Latimer M.J., Mukerji I., Sauer K. and Klein M.P.1993) Where plants make oxygen: a structural model for the photosynthetic oxygen-evolving manganese cluster. Science, 260, 675-679.

106. Yachandra V.K., Sauer K, and Klein M.P. (1996) Manganese cluster in photosynthesis: where plants oxidize water to dioxygen. Chem. Rev., 96, 29272950.

107. Ye R.W., Tao W., Bedzyk L., Young T., Chen M. and Li L. (2000) Global gene expression profiles of Bacillus subtilis grown under anaerobic conditions. J. Bacterid., 182,4458-4465.

108. Zouni A., Witt H.T., Kern J., Fromme P., Krauß N., Saenger W. and Orth P. (2001) Crystal structure of photosystem II from Synechococcus elongatus at 3.8 Â resolution. Nature, 409, 739-743.